CC BY
74
66.047.1
ЭНЕРГЕТИЧЕСКИМ АНАЛИЗ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ РЕЖИМОВ ЖОМОСУШИЛЬНОЙ УСТАНОВКИ В ТЕПЛОВОЙ СХЕМЕ САХАРНОГО ЗАВОДА
А.В. ДРАННИКОВ
Воронежская государственная технологическая академия,
394036, г. Воронеж, пр-т Революции, 19; тел.: (473) 255-65-11, электронная почта: drannikov@list.ru
Рассмотрены различные технологические режимы работы жомосушильных установок в тепловой схеме сахарного завода. Представлена сравнительная оценка этих режимов с точки зрения потребления энергии и проведены необходимые расчеты.
Ключевые слова: жомосушильная установка, энергетический анализ, тепловая схема, сахарный завод.
Сушка свекловичного жома - энергозатратный процесс, на осуществление которого необходимо 0,60-0,62 кг условного топлива на 1 кг сухого жома [1]. С другой стороны, она позволяет отказаться от хранения жома в открытых ямах и исключить его закисание под воздействием внешних условий, когда теряется до 50% сухих веществ (СВ) и загрязняется продуктами брожения окружающая среда.
Цель настоящего исследования - разработка энергетически эффективного способа сушки свекловичного жома и сушильной установки для его реализации в тепловой схеме сахарного завода.
На отечественных сахарных заводах сушку жома в основном осуществляют в барабанных сушилках продуктами сгорания топлива с высокой температурой, что влечет за собой подгорание частиц жома и выброс загрязненного отработанного теплоносителя в атмосферу. Кроме того, этот способ требует значительных затрат теплоты: при испарительной способности топлива (мазута с низшей теплотворной способностью = 38800 кДж/кг) 0,0773 кг/кг они составляют 74 МДж/100 кг свеклы [2].
В экономически развитых европейских странах для сушки жома предложены воздушные низкотемпературные сушильные установки [3, 4]. Такие установки утилизируют тепло утфельных паров, конденсатов и т. п., позволяют снизить расход топлива при получении жома высокого качества, являются экологически чистыми. Однако они требуют больших капитальных затрат на сооружение и позволяют высушить только около 20% вырабатываемого заводом свекловичного жома. Для отечественных сахарных заводов эта цифра будет еще меньше вследствие того, что содержание СВ в отжатом жоме составляет 16-18% в отличие от 23-25% для европейских.
Чтобы повысить эффективность работы жомосу-шильного отделения, зарубежными исследователями было предложено сочетание низкотемпературной ленточной сушилки с высокотемпературной барабанной сушилкой [3]. Работа низкотемпературной сушилки экономически выгодна только в том случае, если отно-
сительная влажность выходящего из нее воздуха составляет 80-90%, что достигается вначале процесса, т. е. при подсушке жома [3].
Наиболее эффективным из известных способов сушки жома является сушка перегретым паром под давлением [5]. Данный способ обладает рядом преимуществ по сравнению с известными:
экологической чистотой проведения процесса; высоким качеством готового продукта; высокой интенсивностью протекания процесса; значительной экономией энергии.
На рис. 1 представлена схема сушки свекловичного жома с использованием сушилки, работающей под давлением 0,32 МПа (ПГ - парогенератор; ТП - турбина противодавления; П - пароперегреватель; I - 1-й корпус выпарной станции; С - сушилка, работающая под давлением; ОП - острый пар; ГП - греющий пар; РП -ретурный пар; ВП - вторичный пар; ПП - перегретый пар; КТгп - конденсат греющего пара; В - воздух; Т -топливо; ОВ - отработанный воздух; ОТ - отработанные топочные газы; ОЖ - отжатый жом; СЖ - сухой жом). Это давление соответствует давлению греющего пара в 1-м корпусе выпарной станции, поэтому вторич-
Рис. 1
Рис. 2
ный пар, образовавшийся в результате сушки жома, можно использовать в качестве ретурного в данном корпусе. Вторичный пар, который является рабочим, перегревают в пароперегревателе греющим паром, отобранным от турбины противодавления с давлением Р = 1,2 МПа. Сушилки Niro, работающие по этой технологии, эксплуатируются как на сахарных заводах европейских стран, так и на ряде сахарных заводов США [5]. Однако внедрение такого способа сушки на отечественных сахарных заводах потребует приобретения дорогостоящего импортного оборудования и изменения тепловой схемы завода.
С учетом преимуществ и недостатков известных схем жомосушильного отделения нами предложен комбинированный способ сушки свекловичного жома в две стадии: в низкотемпературной сушилке (НС) воздухом и в высокотемпературной сушилке (ВС) перегретым паром атмосферного давления (рис. 2: обозначения аналогичны рис. 1) [6, 7].
На первой стадии отжатый жом с содержанием СВ 16% направляется в НС для подсушки подогретым атмосферным воздухом. Принятое значение содержания СВ обусловлено техническими возможностями прессов на отечественных сахарных заводах.
Нагрев воздуха осуществляется в 2-секционном калорифере (К), где в 1-й секции конденсируется ВП, образованный в результате сушки жома, имеющий после нее температуру 105оС. Во 2-й секции калорифера нагрев воздуха осуществляется конденсатом вторичного пара (КТвп) при его охлаждении до температуры 40ОС. Подсушенный жом (ПЖ) с содержанием СВ 25% подается в ВС для окончательной сушки до СВ 88% перегретым паром атмосферного давления. Перегрев пара происходит в пароперегревателе ретурным паром после турбины противодавления.
Представляет интерес проведение сравнительного энергетического анализа различных технологических
режимов работы разработанной жомосушильной установки (рис. 2) и наиболее эффективной зарубежной (рис. 1).
Для сахарного завода мощностью 1500 т свеклы в сутки выход жома с содержанием СВ 6% составит 1200 т в сутки (80% от перерабатываемой свеклы), который необходимо предварительно отжать, а затем высушить до содержания СВ 88%.
Количество теплоты на испарение 1 кг влаги из отжатого до СВ 16% и СВ 25% жома определим для двух значений давления перегретого пара 0,32 и 0,1 МПа (атмосферного) по формуле
б = Г + Св( * кип _ 1) + Сж( 2 - 1) + С п( * 2 - * кип X (1)
где б - необходимое количество теплоты на испарение 1 кг влаги, кДж/кг; г -теплота парообразования при данном давлении, кДж/кг; св - удельная теплоемкость воды, св = 4,19 кДж/(кг • °С); *кип - температура кипения воды при данном давлении, °С; 01 - температура жома на входе в сушилку после прессования, °С (принимаем 01 = 50°С); 02 - температура жома на выходе из сушилки, °С (для упрощения принимаем 02 равной температуре пара на выходе из сушилки *2, которая для Р = 0,1 МПа составляет 105°С, для Р = 0,32 МПа 140°С); сж
- удельная теплоемкость СВ жома, принимаем сж = 2,5 кДж/(кг • °С); сп - удельная теплоемкость пара на выходе из сушилки при данном давлении, кДж/(кг • °С).
При давлении перегретого пара 0,32 МПа расход теплоты на сушку в среднем выше на 5% по сравнению с сушкой при атмосферном давлении (таблица).
Таблица
Содержание СВ в твЛ5 Т/Ч твл, кг/100 Q, МДж/ч (МДж/100 кг свеклы), при P
отжатом жоме, % кг свеклы 0,1 МПа 0,32 МПа
16 15,3 24,48 40023 (64,0) 42148 (68,0)
25 8,6 13,76 22497 (36,0) 23691 (37,9)
Это объясняется более высокими затратами теплоты на нагрев свекловичного жома до температуры испарения влаги, более высокой температурой отработанного пара и продукта на выходе из сушилки.
Для сбалансированной работы низкотемпературной и высокотемпературной сушилок необходимо, чтобы теплота вторичного пара, выходящего из ВС с температурой 105°С, позволила обеспечить подсушку жома в НС. Для этого проведем некоторые расчеты.
Количество испаряемой влаги в НС составляет твл = 15300 - 8600 = 6700 кг/ч (таблица).
Состояние воздуха до калорифера и на выходе из сушилки примем согласно рекомендациям для низкотемпературных сушилок [3] *0 = 10°С, ф0 = 0,8 и *2 = 50°С, ф2 = 0,8.
Удельный расход теплоты на испарение 1 кг влаги
q = ( І2 - І0 )/(x2 - Х0 ) >
(2)
где q - удельный расход тепла в НС, кДж/кг испаренной влаги; і0, і2 -удельная энтальпия воздуха соответственно входящего в калорифер и на выходе из сушилки, кДж/кг; х0, х2 - влагосодержание воздуха соответственно до входа в калорифер и на выходе из сушилки, кг/кг.
q =
(250-30)
(0,078- 0,008)
= 3142,9 кДж / кг исп. влаги.
Следовательно, расход теплоты в НС Онс = 6700 • 3142,9 = 21057430 кДж/ч = 5849 кВт.
Теплоту, отдаваемую в калорифере вторичным паром бвт из ВС за счет его конденсации и охлаждения до температуры 40°С, определим по формуле
бвт = твл [0‘ - ^ )+ 0к - С выК )] (3)
где г'к! вых - удельная энтальпия конденсата вторичного пара на выходе из калорифера, кДж/кг (для конденсата с температурой 40°С г','вых = 167,6 кДж/кг).
бвт = 8600[(2688,7 - 419,4) + (419,4 - 167,6)] =
= 21681460 кДж/ч = 6023 кВт.
Таким образом, в калорифере вторичным паром за счет рекуперативного теплообмена передается воздуху тепла больше, чем необходимо для подсушки жома в НС. Представленные результаты ориентировочны и могут изменяться в зависимости от параметров теплоносителей и влажности жома. Из расчетов следует, что создаются реальные условия для сбалансированной работы низкотемпературной и высокотемпературной сушилок.
Средний показатель потребления ретурного пара на отечественных сахарных заводах на 1-й корпус выпарной станции составляет 40 кг/100 кг свеклы или 87 МДж/100 кг свеклы. При этом, как правило, данное количество пара в турбине противодавления вырабатывает электрическую энергию, которая полностью используется сахарным заводом.
При сушке жома по схеме рис. 1 расход теплоты составит 68 МДж/100 кг свеклы (таблица). Полезно используемое количество теплоты с вторичным паром бп = 54 МДж/100 кг свеклы направляется на 1-й корпус выпарной станции. Поэтому после турбины противодавления расход теплоты с ретурным паром составит б = 87- 54 = 33 МДж/100 кг свеклы, так как вторичный пар после сушилки по своим технологическим параметрам соответствует ретурному. Следует отметить, что по данной схеме наблюдается недовыработка электрической энергии, так как турбина противодавления не используется на полную мощность в связи с промежуточным отбором греющего пара с давлением Р
1,2 МПа. В этом случае наблюдается недовыработка электроэнергии в количестве 123,4 кВт • ч на 100 кг свеклы.
По схеме рис. 2 ретурный пар в количестве 36 МДж/100 кг свеклы (таблица) расходуется на сушку подсушенного жома и 87 МДж/100 кг свеклы на 1-й корпус выпарной станции. Общий расход теплоты составит 123 МДж/100 кг свеклы, в денежном выражении 5,43 р./100 кг свеклы (себестоимость 1 Гкал пара 185 р. в ценах на август 2010 г.), что на 23,6% меньше, чем при сушке в барабанных сушилках [2] (7,12 р./100 кг свеклы) и на 17,8% больше, чем по схеме рис. 1 (4,47 р./100 кг свеклы). Но необходимо отметить, что при реализации на сахарном заводе комбинированного способа сушки свекловичного жома будет дополнительно вырабатываться 682,8 кВт • ч электроэнергии на 100 кг свеклы, которая при себестоимости в 1,24 р. за 1 кВт • ч позволит получить прибыль в 3,23 р./100 кг
свеклы. Следовательно, при сушке жома комбинированным способом и реализации дополнительно выработанной электроэнергии потребителям затраты составят
2,2 р./100 кг свеклы, а при сушке жома под давлением и с учетом приобретения недовыработанной энергии со стороны затраты составят 5,3 р./100 кг свеклы.
Кроме того, схема рис. 2 позволяет:
организовать работу жомосушильной установки независимо от работы выпарной станции;
включить сушку жома в тепловую схему завода без ее изменения;
применять высокотемпературную сушилку более простой конструкции, так как используется перегретый пар атмосферного давления;
возвращать на питание парогенератора ТЭЦ конденсат ретурного пара (КТрп) после пароперегревателя, который не загрязнен мелкой фракцией свекловичного жома, содержащейся в отработанном вторичном паре;
использовать теплоту конденсатов сахарного завода для нагрева воздуха в калорифере, тем самым повысить содержание СВ в жоме на выходе из низкотемпературной сушилки, что уменьшит расход ретурного пара на высокотемпературную сушилку.
Дополнительные капитальные затраты комбинированного способа сушки на сооружение низкотемпературной сушилки могут компенсироваться использованием барабанных сушилок, имеющихся на сахарных заводах.
Таким образом, можно сделать вывод, что для отечественных сахарных заводов наиболее приемлем комбинированный способ сушки свекловичного жома, позволяющий достичь минимальных экономических затрат, получить готовый продукт высокого качества, исключить изменения в тепловой схеме завода, а также отказаться от дорогостоящего импортного оборудования.
Работа выполнена в рамках реализации ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 гг.
ЛИТЕРАТУРА
1. Интенсификация процессов жомосушильного производства и перспективы его развития / В.Д. Орлов, А.Ф. Заборсин, Л.Г. Иваницкая и др. - М.: АгроНИИТЭИПП, 1990. - Вып. 11. - 24 с.
2. Кретов И.Т. Кравченко В.М., Дранников А.В. Сравнительная оценка процесса сушки свекловичного жома топочными газами и перегретым паром // Изв. вузов. Пищевая технология. - 2003.
- № 1. - С. 44^6.
3. Schroeder D. Einige Gedanken zum Einsatz einer Niedertemperatur - Trocknung innerhalb der Schnitzeltrocknung // Zuckerindustrie. - 1983. - V. 108. - № 2. - S. 126-135.
4. Valentin P. Erhohte Abwarmenutzung der Zuckerfabrik in der Niedertemperaturtrocknung // Zuckerindustrie. - 1983. - V. 108. -№ 11. - S. 1025-1033.
5. Andersson V. Beet pulp drying using pressurized superheated steam // Int. Sugar J. - 1999. - V. 101. - № 1207. - P. 340-344.
6. Пат. 2219449 РФ, F 26 B 21/04. Установка для сушки жома / И.Т. Кретов, В.М. Кравченко, С.В. Шахов, А.В. Дранников // БИПМ. - 2003. - № 35.
7. Кретов И.Т., Шевцов А.А., Кравченко В.М., Дранников А.В. Управление новой технологией сушки свекловичного жома // Автоматизация и современные технологии. - 2003. - № 8. -С. 37-40.
Поступила 24.12.10 г.
POWER ANALYSIS OF TECHNOLOGICAL MODES BEET PULP DRIER IN THE HEAT-SCHEME OFBEET-SUGAR FACTORY
A.V. DRANNIKOV
Voronezh State Technological Academy,
19, Revolution av., Voronezh, 394036;ph.: (473) 255-65-11, e-mail: drannikov@list.ru
Here is considered various technological operating modes beet pulp driers in the heat-scheme of beet-sugar factory. The comparative estimation of these modes from the point of view of consumption of energy is presented and necessary calculations are carried out.
Key words: beet pulp drier, power analysis, heat-scheme, beet-sugar factory.
664.681
ОЦЕНКА УРОВНЯ ОРГАНИЗОВАННОСТИ И РАЗВИТИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПОТОКА МУЧНЫХ КОНДИТЕРСКИХ ИЗДЕЛИЙ
В.К. КОЧЕТОВ
ОАО Кондитерский комбинат «Кубань»,
352700, Краснодарский край, г. Тимашевск, ул. Гибридная, 2; тел./факс: (86130) 4-31-88, электронная почта: kond_kub@mail.ru
Проведена диагностика технологического потока приготовления теста для пряников заварных ферментативных по существующей технологии. Выявлены нестабильные места технологического потока и обоснованы перспективы развития данной технологии с целью повышения качества продукта. Разработаны и внедрены в производство новые технологические приемы, позволившие повысить уровень целостности технологии пряников заварных ферментативных. Ключевые слова: пряники, системный подход, оценка стабильности подсистемы, уровень организованности технологического потока, диагностика.
В качестве методологической базы для совершенствования технологий кондитерской отрасли и повышения качества продукции был принят системный подход [1-3]. Это дало возможность на основе диагностики существующих технологий количественно оценить стабильность функционирования отдельных подсистем и уровень организованности всей системы, что позволило сосредоточить исследования на совершенствовании наиболее уязвимых и нестабильно работающих подсистем, обосновать пути и методы создания инновационных технологий мучных кондитерских изделий.
На примере диагностики существующей технологии заварных ферментативных пряников обоснуем перспективы развития данной технологии и пути получения изделий с заранее заданным составом и свойствами.
Результаты маркетинговых исследований потребительского рынка свидетельствуют о повышении спроса на мучные кондитерские изделия, на долю которых приходится около 54% от всего выпуска кондитерских изделий. Особенно популярно русское традиционное кондитерское изделие - пряники. Однако потребители отмечают также их нестабильное качество - растрескивание и отслаивание глазури, высокую сладость.
Была проведена диагностика существующей технологии с целью определения узких мест и путей повышения качества пряников.
Операторная модель технологического потока приготовления теста по существующей технологии приведена на рисунке. Технологическая система состоит из
подсистем: получения теста после 1-й и 2-й стадий Вь образования теста на 1-й стадии В2, получения инверт-ного сиропа (ИС) с заданными показателями качества
Сь
Подсистема В1 включает оператор получения теста после 2-й стадии I и оператор ферментации теста II. Оператор I включает процессоры: смешивания с сахарной пудрой и ароматизаторами 1, дозирования ароматических веществ 2, дозирования сахарной пудры 3, смешивания с оставшимися количеством муки и химическими разрыхлителями 4, дозирования углеаммонийной соли 5, бикарбоната натрия 6 и муки (20-25%) 7, отлежки теста после ферентации 8. Оператор II включает процессор сложных структурно-механических и физико-химических преобразований теста после 1-й стадии 1.
Подсистема В2 включает оператор образования теста на 1-й стадии I, включающий процессоры: сложных массообменных процессов 1, образования теста 2, дозирования углеаммонийной соли 3, бикарбоната натрия 4, дозирования 1/4 части ИС 5, части муки (25-30%) 6, крошки 7 и крахмала 8, изменения агрегатного состояния 9, смешивания и заварки муки 10, дозирования 1/4 части ИС 11, дозирования муки (до 50%) 12.
Подсистема С1 включает оператор фильтрации и хранения ИС I и оператор получения ИС II. Оператор I включает процессоры: хранения 1, темперирования 2 и фильтрации ИС 3. Оператор II включает процессоры: изменения агрегатного состояния ИС 1, получения ИС
